DE956342C

DE956342C - Schmiermittel

Info

Publication number: DE956342C
Application number: DEST8991A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1953-11-27
Filing date: 1954-11-04
Publication date: 1957-01-17
Also published as: GB765372A; FR1109741A

Description

Die Erfindung betrifft neue Schmiermittel, die sich zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich, besonders auch bei äußerst hohen Temperaturen, eignen. Die Schmiermittel nach der Erfindung haben flüssige Konsistenz bis Fettkonsistenz und sind besonders zur Anwendung bei sehr hohen Temperaturen bestimmt, bei denen diiei üblichen Schmiermittel infolge¹ ihres niedrigen Siedepunktes oder ihrer unzureichenden physikalischen oder chemischen Wärmebeständigkeit versagen.

Erfindungsgemäß enthalten die neuen Schmiermittel einen erheblichen Anteil metallisches Gallium als Schmiermittelgrundlage, vorzugsweise in Kombination mit einer geringeren Menge eines im wesentlichen anorganischen Feststoffes mit kolloidalen oder pseudokoilloidalen Eigenschaften, wie Ruß, feinzerteilter Graphit, Silicagel, Kieselsäure oder Caldumsilicat, Molybdändisulfid, Bentonit, Attapulguserde, Titandioxyd, Bariumoxyd usw., in ausreichender Menge, um flüssiges Gallium zu verdicken. Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man eine genügende Menge des anorganischen, Dickungsmittels zu, um dem flüssigen Gallium über einen weiten Temperaturbereich die Konsistenz eines Schmierfettes zu verleihen.

In vielen Fällen sind im Betrieb Metallteile der Reibung bei äußerst hohen Temperaturen aus-

gesetzt. Dies ist besonders bei den Lagern von Strahltriebwerken, beim Ziehen, von Metallen, bei hohen Temperaturen, bei Maschinen zur Herstellung von Gewehren, bei elektrischenAnlagen, wie Starkstromgeneratoren, beim Schneiden! und Zerkleinern von Erzen und bei anderen Verfahren der Fall. Der für die Weiterentwicklung dieser Anlagen oder Verfahren ausschlaggebemdei Faktor ist die zureichende Schmierung, die bei hohen Temperaturen,

ίο die mitunter 540 bis 1100⁰ erreichen, nicht versagen darf.

Es ist bereits eine große Anzahl Schmiermittel vorgeschlagen worden, die besonders für hohe Temperaturen geeignet sein und unter diesen Bedingun-

gen keinen übermäßigen Verlust an Schmierfähigkeit aufweisen sollen. Unter diesen Schmiermitteln befinden sich Schmierölei und Fette auf Grundlage von Estern, Polyätheralkoholen, Glykole», Formalen, Polysiliconen und anderen synthetischen Ölen, die

ao häufig anorganische Dickungsmittel enthalten. _ Jedoch behält keines dieser bekannten Schmiermittel seine Schmierfähigkeit bei Temperaturen von wesentlich mehr als 315⁰ bei. Die synthetischen Öle und Fette nehmen bei so hohen Temperaturen entweder eine für die wirksame Schmierung zu geringe Viskosität an oder sie verdampfen oder entzünden sich zu leicht oder aber sie unterliegen übermäßig starker Oxydation oder sonstigen chemischem Abbau. Dasselbe gilt in verstärktem Maße von Schmiermitteln auf Mineralölgrundlage.

Es war infolgedessen bisher unerläßlich, bei den erwähnten Betriebsarten für eine wirksame Kühlung des Schmiermittels zu sorgen. Nun sind aber Mittel zur wirksamen Kühlung für diesen Zweck umständlich und kostspielig, wenn nicht gar, wie z. B. im Düsenflugwesen, unanwendbar. Es ist eine bekannte Tatsache, daß das Nichtvorhandensein von Schmiermitteln;, die äußerst hohe Temperaturen vertragen, das größte Hindernis für die Weiter-

entwicklung von Düsen- und Raketenflugzeugen ist. Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und bringt außerdem noch zusätzliche Vorteile mit sich.

Es wurde nämlich gefunden, daß metallisches

Gallium den wesentlichen Anforderungen, die an ein Schmiermittel gestellt werden, genügt und eine ideale Grundlage für Schmiermittel darstellt, die für äußerst hohe Temperaturen bestimmt sind. Der Schmelzpunkt des Galliums liegt bei 30⁰ und sein

Siedepunkt bei etwa 1980⁰. In diesem ganzen Temperaturbereich besitzt es ausgezeichnete Schmierfähigkeit. Sogar bei Temperaturen unterhalb seines Schmelzpunktes vermindert festes Gallium die Reibung infolge seiner geringen Härte, die etwa

ein Drittel der Härte des Eisens und etwa die Hälfte der Härte von Kupfer, S über und Aluminium beträgt. Die chemische Reaktionsfähigkeit des Galliums, besonders seine Affinität zu Sauerstoff, Schwefel und allen, metallischen Baustoffen, ist gering genug, um eine hohe Beständigkeit von Schmiermitteln auf Grundlage von Gallium sicherzustellen und eine zerstörende Wirkung auf die Reiburigsnächen unter allen praktisch in Frage

Temperatur	Mineralöl	Gallium.
⁰C	SAE 10
25	98,0	etwa 100
50	48,0	85
100	6,1	46
150	2,0	33

kommenden Bedingungen der Schmierung auszuschließen¹. Die Temperaturabhängigkek der Viskosität des Galliums ist ausgezeichnet, wie sich aus der folgenden Tab eile ergibt, in der die entsprechenden Werte für Gallium und für ein mineralisches Schmieröl gegenübergestellt sind.

Viskosität in Centistokes

Das bevorzugte Schmiermittel nach¹ der Erfindung enthält metallisches Gallium in Mischung mit einer beträchtlichen Menge eines anorganischen Feststoffes mit kolloiden oder pseudokollöiden Eigenschaften der üblicherweise als Fettverdicker verwendeten Art. Wenn diese festen Stoffe in Mengen von 1 bis 50 Gewichtsprozent oder sogar 70 Gewichtsprozent zugegen sind, so verbessern sie die Schmierfähigkeit und chemische Indifferenz des Galliums bei allen praktisch bei der Schmierung auftretenden Temperaturen noch weiter. Bei Temperaturen von wesentlich weniger als 30⁰, bei denen das Gallium fest ist,' verhindert die Anwesenheit dieser feinverteilten Feststoffe die Bildung zusammenhängender fester Massen oder Schichten bei der Verfestigung des Galliums und hält das feste Schmiermittel in feinzerteiltem Zustande, wodurch die freie Bewegung der geschmierten Metallteile gegeneinander ermöglicht wird.

Bei Kolloidkonzentrationen von etwa 5 bis 30 Gewichtsprozent oder noch mehr erhält man eine fett- artige Struktur von höchster thermischer und mechanischer Beständigkeit und sehr guter Konsistenz. Galliumfette dieser Art behalten ihre Fettstruktur in einem weiten Temperaturbereich von weit unter dem Schmelzpunkt des Galliums bis zu Temperaturen, die 260⁰ weit überschreiten. Diese Fette erweisen sich sogar bei 1100⁰ und noch darüber hinaus als ausgezeichnete Schmiermittel.

Beispiele fester Füllstoffe, die erfindungsgemäß dem Gallium zugesetzt werden können, sind Silicagel, Bentonite, Attapulguserde und ähnliche Kolloide oder Pseudbkolloide, wie 'feinzerteilter Graphit, Kieselsäure, Calciumsilicat, Titandioxyd, Bariumoxyd, Molybdänsulfid oder Gemische dieser Stoffe; Ruß wird jedoch in erster Linie wegen seiner besseren Schmierfähigkeit, größeren· Benetzbarkeit und physikalischen Verträglichkeit mit flüssigem Gallium bevorzugt. Organische Verdickungsmittel andererseits, wie Seife u. dgl., haben sich als für die Zwecke der Erfindung weitaus weniger geeignet erwiesen, weil sie physikalisch mit Gallium unverträglich, nicht von Gallium benetzbar und von verhältnismäßig geringer Wärmebeständigkeit sind. Es wurde weiter gefunden, daß die Schmiermittel auf Galliumgtundlage nach der Erfindung, besonders die mit anorganischen, Kollo-

iden zur Fettkonsistenz verdickten Schmiermittel, unbeschränkt mit synthetischem ölen vom Typ der Siliconöle mischbar sind. Deshalb kann Gallium in allen Mengenverhältnissen von etwa S bis 95 Ge-S wichtsprozent, bezogen auf die gesamte Schmiermittelmenge, zur Verbesserung der Hochtemperaturbeständigkeit von Schmierölen und Schmierfetten auf Silicongrundlage verwendet werden.

Auf diese Weise können z. B. synthetische Öle oder Fette auf Grundlage von Polysiloxan, PoIysilcarban und bzw. oder Polysilan verbessert werden. Beispiele dieser Stoffe sind Dimethylpolysiloxane und ähnliche organische Siloxane. Die Polymerisationsprodukte dieser Polysiloxane können ebenfalls verwendet werden.

Öle dieser Art und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der Zeitschrift; »Journ. of the American Chem. Soc«, Bd. 71 (1949), S. 963, beschrieben. Natürlich lassen sich Mischungen aus Gallium und diesen synthetischen. Schmiermitteln mit allen üblicherweise für die Siliconöle verwendeten Dickungsmitteln zu Schmierfetten verdicken, jedoch werden die oben beschriebenen anorganischen Verdickungsmittel, insbesondere bei Benutzung der Schmiermittel bei äußerst hohen Temperaturen, bevorzugt.

Die erfindungsgemäß bevorzugten Schmiermittel lassen sich leicht durch gründliches Mischen von flüssigem metallischem Gallium mit feinzerteilten anorganischen Kolloiden der angegebenen Art und in den angegebenen Mengen bei Temperaturen von 32 bis 260⁰ oder darüber hinaus herstellen. Gewünschtenfalls kann ein Mahlvorgang mit der Mischung der Bestandteile kombiniert werden oder sich ihr anschließen. Im letzteren Falle kann die Vermahlung bei tieferen Temperaturen in. Farbpigmentmühlen, in Mühlen, die aus zwei flachen-, sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Steinen bestehen,, od. dgl. erfolgen. Außerdem kann auch zusätzlich zu oder statt der Vermahlung eine Homogenisierung in Kolloidmühlen, Homogenisiermaschinen nach Manton-Gaulin, Moorehouse-Mühlen oder ähnlichen Vorrichtungen bei hohen Schergeschwindigkeiten stattfinden. Wenn Gallium

nur mit normalerweise flüssigen Polysiliconölen gemischt werden soll, genügt eine bloße Vermahlung.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel l

Etwa 12,5 Gewichtsprozent Acetyleni-Ofenruß (mit einer Teilchengröße von etwa 45 ταμ und einer spezifischen Oberfläche von etwa 62 450 m²/kg) wurden bei 150⁰ zu flüssigem Gallium zugesetzt. Das Gemisch wurde gut verrührt und dann etwa ι Stunde lang bei 26,5° in einem Mörser verrieben. Das fettähnlichei Produkt hatte die folgendien Eigenschaf ten :

Penetration! bei 25⁰, mm/10

Ruhpenetration 220

Walkpenetration nach 1000 Stoßen . . 230

Walkpenetration nach 100 OOO' Stoßen 250

Tropfpunkt, ⁰C > 500

Wasserlöslichkeit bei 52 bis ioo° ο

Radlageirprüfung (6 Stunden bei 104⁰) genügend

Das Produkt besaß gute Schmierfähigkeit bei 705 °,- was durch Gegeneinainderreiben von Kupferplatten von 6,452 cm² Oberfläche unter einem Druck von 0,7 kg/cm² für eine Zeitdauer von 12 Stunden bei 705 ° unter Verwendung von 0,15 g des Produktes nach Beispiel 1 als Schmiermittel gemessen wurde.

Beispiel 2

Durch Vermischen von flüssigem Gallium mit 20 Gewichtsprozent Bentonit nach Beispiel 1 wurde ein Schmierfett hergestellt. Das Bentonitpräparat wurde durch Umsetzung eines quaternären aliphatischen Aminsalzes mit Benitanit hergestellt. Das Fett besaß die folgendem Eigenschaften:

Penetration bei 25 °, mm/10

Ruhpenetration 260 ^8s

Walkpenetration nach 10 000 Stößen 270

Tropfpunkt, ⁰C 288

Wasserlöslichkeit bei 98,9° ο

Das Produkt besaß gute Schmierfähigkeit bei go 1038⁰, was durch 3,6 Stunden und 10 Stunden langes Aneinanderreihen von Eisenpla,tten von 6,452 cm² Oberfläche unter 0,7 kg/cm² Druck bei 1038⁰ unter Verwendung von 0,15 g des Schmierfettes nach Beispiel 2 gemessen wurde.

Beispiel 3 ■ .

Aus den folgenden Bestandteilen wurde ein Schmierfett hergestellt:

Bestandteile

Gewichtsprozent Polysiloxan (Viskosität 387 cSt bei 98,9°) 50·

Gallium ., 40

Acetylenruß 10 ^t05

Das Fett wurde hergestellt, indem der Ruß zu dem Polysiliconöl zugesetzt und das Gallium dann langsam mit Hilfe von Mörser und Pistill bei 26,5° in die Mischung eingemahlen wurde. Die gesamte Mischdauer betrug 1 Stunde.

Penetration, bei 25⁰, mm/10

Ruhpenetration 210

Walkpenetraition nach 1000 Stoßen 235 Walkpenetration ^u&

nach 100 000 Stoßen 236

Tropfpunkt, 0⁰C 260

Gefüge glatt

Fettstruktur ausgezeichnet

Wasseirlöslichkeit bei 98,9° ο

Radlagerprüfung

(6 Stunden bei 104⁰) genügend

Flammpunkt, ⁰C > 316

Das Produkt besaß gute Schmierfähigkeit bei 1038°, was durch 10 Stunden langes Aneinander-

reiben von Eisenplatten von 6,452 cm² Oberfläche auf einer Heizplatte unter 0,7 kg/cm² Druck bei 1038⁰ unter Verwendung von 0,4 g des Schmierfettes nach Beispiel 3 gemessen wurde. Unter diesen Bedingungen traf kein Gewichtsverlust der eisernen Prüfplatte auf.

Wenn kein Schmierfett verwendet wurde, so ergab sich bei diesem Versuch ein Gewichtsverlust an Eisen von 0,63 g. Bei Verwendung der gleichen Menge eines der üblichen, mit Seife gedickten Hochtemperaturfette auf Mineralölgrundlage betrug der Metallverlust 0,54 g.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Zahlenwerte beschränkt. Die Mengenverhältnisse der Bestandteile können in den angegebenen Grenzen variieren, wobei man Schmiermittel verschiedener Konsistenz und verschiedener Eigenschaften erhält.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schmiermittel, bestehend, aus metallischem Gallium mit einem Gehalt an bekannten, anorganischen Feststoffen mit kolloidalen. Eigenschaften als Verdickungsmittel.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz bekannter Siliconöle.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen wesentlichen Anteil von metallischem Gallium und einen geringeren Anteil des in dem Gallium gleichmäßig verteilten Verdickungsmittels enthält.

4. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem größeren Anteil eines Gemisches eines Siliconöls mit einer erheblichen Menge metallischen Galliums und einem geringeren Anteil des in der Mischung gleichmäßig verteilten Verdickungsmittels besteht.

5. Schmiermittel mach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 30 bis 99 Gewichtsprozent metallischen. Galliums und ι bis 70 Gewichtsprozent des Verdickungsmittels, insbesondere Ruß, Bentonit, zweckmäßig organophilen Bentonits.

6. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 70 bis 95 Gewichtsprozent metallischen. Galliums und 5 bis 30 Gewichtsprozent Ruß oder organophilen Bentonits.

7. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Gehalt von etwa 50 Gewichtsprozent eines PolysiliconrSchmieröles, etwa 40 Gewichtsprozent metallischen Galliums und etwa 10 Gewichtsprozent Ruß.

8. Verfahren zur Herstellung von Schmiermitteln nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man festes metallisches Gallium mit dem Verdickungsmittel oder einer Suspension des Verdickungsmittels in einem Siliconöl vermahlt.